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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsfilter --> Wirkung?


Autor: Tom VanBuuyten (Gast)
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Guten Tag,

vielleicht kann mir jemand weiterhelfen, ich muss eine Schaltung 
rekonstruieren/verstehen...

Handelt es sich bei diesem Filter um ein passives bidirektionales 
Filter? Somit müsste in beide Richtungen ein Tiefpass 2.Ordnung (LC) mit 
einer Resonanfrequenz von ~22kHz (L=10uH; C=4.7uF) wirken?

Der Elko dient meiner Meinung nach als Stützkondensator (Schaltung ist 
ein Eingangsfilter) und hat keine Auswirkungen auf die Resonanzfrequenz 
(aufgrund des schlechten HF-Verhalten von Elkos???) - liege ich da 
richtig?

Freundliche Grüße,
Tom

Autor: Bratwurst (Gast)
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Wenn explizit ein EINGANG genannt wird, soll die Schaltung wohl eher 
nicht bidirektional genutzt werden.

Der Elko könnte aussagen, dass die Schaltung nur DC betrieben wird.

Zum Einstieg...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Tom,

>Handelt es sich bei diesem Filter um ein passives bidirektionales
>Filter?

Das ist ein ganz gewöhnliches Pi-Filter. Was meinst du mit 
bidirektional?

>Der Elko dient meiner Meinung nach als Stützkondensator (Schaltung ist
>ein Eingangsfilter) und hat keine Auswirkungen auf die Resonanzfrequenz
>(aufgrund des schlechten HF-Verhalten von Elkos???) - liege ich da
>richtig?

Nein. Er hat keine Wirkung auf die Resonanzfrequenz, wenn die speisende 
Schaltung einen vernachlässigbaren Innenwiderstand besitzt. Wenn dies 
nicht der Fall ist, beeinflußt auch er die Filterkurve.

Achtung, wenn C19 einen zu geringen equivalenten Serienwiderstand hat, 
kann das Filter eine starke Resonanz zeigen. Deshalb hier für C19 nur 
einen gewöhnlichen ELko nehmen, oder, wenn die Schaltung das nicht 
zuläßt, L2 einen kleinen Widerstand von 0R47 in Serie schalten. Wenn das 
auch nicht geht, eventuell L2 verkleinern, oder mit der Resonanz leben 
lernen...

Kai Klaas

Autor: Tom VanBuuyten (Gast)
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Also danke schomal für die Antworten...

Die Schaltung wird in einem Steuergerät zum Filtern von Störungen und 
zum Buffern der Spannung zwischen Batterie und dem Steuergerät 
eingesetzt.

Mit "bidirektional" habe ich gemeint, dass das Filter (Pi-Filter) in 
beide Richtungen gleichermaßen wirkt und somit Störungen zum Steuergerät 
sowie Störungen Richtung Battierie (Kabelbaum) unterdrückt.
Ich müsste ja in einer Richtung auch die selbe Filterwirkung haben, wenn 
ich anstatt dem Pi-Filter nur ein LC-Tiefpass mit den selben Werten 
einsetze oder?

@Kai: Was meinst du mit einem "gewöhnlichen" Elko?
...keinen mit einem sehr niedrigen ESR (z.B. Tantal)?
Blöde Frage: Wieso kommt es zu einer starken Resonanz, wenn der ESR des 
Elkos zu klein ist? Mir ist schon klar, dass die Resonanz 
indirekt-proportional mit dem ESR ist, aber das ESR der 
Filterkeramikkondensatoren (4.7µ) ist ja sowieso kleiner als das des 
Elkos.

Nach meinem Wissen nach ist der Elko für die Filterschaltung nicht 
relevant, da dieser kein ideales HF-Verhalten aufweist und bei hoher 
Frequenz aufgrund der parasitären Effekte keine niedrige Impedanz hat - 
stimmt das so?

Freundliche Grüße

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Tom,

ich bin davon ausgegangen, daß dein Eingangssignal, entsprechend der 
üblichen Konvention, von links in die Schaltung eintritt und rechts, an 
Pin "Vin", gefiltert für den Rest der Schaltung zur Verfügung steht.

Kai Klaas

Autor: Ralf (Gast)
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Tom VanBuuyten schrieb:
> Nach meinem Wissen nach ist der Elko für die Filterschaltung nicht
> relevant, da dieser kein ideales HF-Verhalten aufweist und bei hoher
> Frequenz aufgrund der parasitären Effekte keine niedrige Impedanz hat -
> stimmt das so?

Warum, sollte der Elko nicht relevant sein. Das Filter wirkt ja bei
jeder Frequenz (wenn auch unterschiedlich stark). Die Auswirkungen
sind nur durch das nichtideale Verhalten des Elkos bei hoher
Freqeuenz nicht so gravierend wie in der Theorie, das ist aber
bei jedem realen Bauteil so. Du kannst das Filter ja mal berechnen bzw.
mit LTSPICE simulieren unter Annahme von idealen Bauteilen. Dann
ersetzt du in LTSPICE den idealen Elko durch einen realen d. h.
mit Serien- und, Reihenersatzwiderstand und simulierst dann neu.
Dann wirst du sehen, wie sich der Elko im Filter auswirkt.

Gruß

Ralf

Autor: Tom VanBuuyten (Gast)
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Nun eine allgemeine Frage:
- wenn ich ein Eingangsfilter für ein Steuergerät dimensioniere und 
damit verhinderne möchte, dass einerseits Störungen ins Steuergerät 
gelangen und andererseits Störungen in meine Versorgung einkoppelt 
werden, ist die Verwendung eines Pi-Filters eine passende Wahl?

- wenn ich neben der Filterwirkung auch die Versorgungsspannung mit 
Hilfe eines Elkos abbuffern möchte, an welcher Stelle (im Schaltplan und 
Layou) bringe ich den Elko an?

Freundliche Grüße

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Tom,

>- wenn ich ein Eingangsfilter für ein Steuergerät dimensioniere und
>damit verhinderne möchte, dass einerseits Störungen ins Steuergerät
>gelangen und andererseits Störungen in meine Versorgung einkoppelt
>werden, ist die Verwendung eines Pi-Filters eine passende Wahl?

Ja, aber nicht mit nur einem keramischen 4,7µF Kondensator. Jetzt sag 
doch mal, ob der Eingang deines Filters links order rechts ist.

>- wenn ich neben der Filterwirkung auch die Versorgungsspannung mit
>Hilfe eines Elkos abbuffern möchte, an welcher Stelle (im Schaltplan und
>Layou) bringe ich den Elko an?

Die Bauelemente eines Pi-Fiters müssen immer ganz nahe bei einander 
liegen. Geeignete Orte sind der Eingang einer Schaltung, also dort, wo 
die zu filternde Spannung das Board betritt. Außerdem müssen Filter noch 
dort angeordnet werden, wo Störungen auf der Platine entstehen, und zwar 
direkt beim Störer.

Oft werden statt Pi-Filter auch einfach nur Kondensatoren verwendet. Das 
hängt immer von der konkreten Situation ab und läßt sich nicht 
verallgemeinern.

Kai Klaas

Autor: Mario O. (Gast)
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@Kai: Habe ich vergessen zu antworten - ja, der Eingang ist links und 
rechts der Ausgang (das Steuergerät).

- Würde es Sinn machen, parallen zu den 4.7µF Kondensatoren noch 
kleinere Keramikkondensatoren anzubringen (z.B. 100nF) um HF-Störungen 
gegen Masse kurzzuschließen?

- Wenn ich bei so einer Eingangsschaltung eine Elko verbaue, setze ich 
diesen bzgl. dem Layout am besten vor oder nach dem Pi-Filter?

Freundliche Grüße

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Tom,

>- Würde es Sinn machen, parallen zu den 4.7µF Kondensatoren noch
>kleinere Keramikkondensatoren anzubringen (z.B. 100nF) um HF-Störungen
>gegen Masse kurzzuschließen?

Kaum, nur dann, wenn die Bauform des 4µ7 Caps deutlich mehr Induktivität 
aufweist als dein 100nF Cap. Eigentlich hilft dir ja gerade die 
PI-Konfiguration des Filters die störende HF extrem zu unterdrücken, 
viel besser als mit einem noch so guten Kondensator alleine.

>- Wenn ich bei so einer Eingangsschaltung eine Elko verbaue, setze ich
>diesen bzgl. dem Layout am besten vor oder nach dem Pi-Filter?

Kommt drauf an, ob er Teil des Pi-Filters sein soll. Wenn ja, dann 
direkt beim Pi-Filter. Wenn du etwas anderes enstören willst, dann dort, 
direkt beim Störer.

Tom, ich weiß nicht genau, worauf zu überhaupt hinaus willst. Wenn du 
ein Pi-Filter verwendest, warum willst du denn dann einen zusätzlichen 
Kondensator verwenden? Er ist doch bereits im Pi-Filter integriert. Was 
genau ist deine Frage?

Kai Klaas

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